¿Qué es la fundición dúctil?
La fundición dúctil, también conocida como fundición de grafito esferoidal o fundición nodular, es una aleación de hierro fundido famosa por sus propiedades mecánicas superiores. Su principal ventaja reside en su grafito esferoidal microestructura.
La composición de la fundición dúctil es precisa y compleja, e incluye:
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Carbono (C): 3.0% – 4.0%
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Silicio (Si): 1.8% – 2.8%
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Manganeso (Mn): 0.1% – 0.5%
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Azufre (S): < 0.02%
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Fósforo (P): < 0,08%
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Magnesio (Mg): 0.03% – 0.06%
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Elementos de tierras raras (ER): 0.01% – 0.05%
A diferencia del grafito en forma de escamas de la fundición gris tradicional, el grafito de la fundición dúctil se presenta en forma de escamas. forma nodular. Este cambio fundamental en la microestructura mejora drásticamente las propiedades del material, haciéndolo muy superior a la fundición convencional.
Origen de la fundición dúctil
La fundición dúctil no es un material descubierto por casualidad. Es un invento moderno que marcó un hito a finales del siglo XX. 1940s.
Antes de su creación, el hierro fundido era notoriamente quebradizo. Su grafito interno se formaba en escamas afiladas que creaban puntos débiles propensos a la rotura.
El verdadero avance se produjo en 1943 cuando Dr. H. Morrogh de la Asociación Británica de Investigación del Hierro Fundido descubrió que añadir cerio al hierro fundido podría cambiar la forma del grafito. Casi al mismo tiempo, Keith Millis de la U.S. International Nickel Company descubrió de forma independiente un efecto similar utilizando magnesio.
Fue el incansable trabajo de estos científicos lo que propició el nacimiento de la fundición dúctil. La innovación transformó por completo las propiedades del material, convirtiendo el grafito interno en esferas fuertes y resistentes en lugar de escamas quebradizas. De este modo, la fundición dúctil adquirió la resistencia y tenacidad del acero, lo que permitió su uso generalizado en la industria moderna.
Microestructura de la fundición dúctil
El rendimiento de la fundición dúctil viene determinado por su microestructura única, que se compone de grafito esferoidal dispersos en una matriz metálica. Este matriz metálica es una estructura cristalina formada por hierro y carburos a distintas temperaturas, y su tipo dicta directamente las propiedades mecánicas finales del material.
He aquí los principales tipos de matrices:
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Matriz ferrítica:
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Lo que es: Estructura cristalina blanda y dúctil de hierro puro con una pequeña cantidad de carbono disuelto.
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Propiedades: Ofrece una gran ductilidad y una excelente tenacidad, pero con una resistencia relativamente menor.
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Aplicaciones: Comúnmente utilizado para componentes que requieren alta resistencia al impacto y plasticidad.
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Matriz perlítica:
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Lo que es: Estructura cristalina en capas de ferrita y carburo de hierro (cementita).
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Propiedades: Se caracteriza por una alta resistencia, gran dureza y buena resistencia al desgaste, pero es menos dúctil que una matriz ferrítica.
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Aplicaciones: Ideal para la fabricación de componentes que requieren a la vez una gran resistencia y una buena resistencia al desgaste, como cigüeñales y engranajes.
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Matriz ferrítico-perlítica (matriz mixta):
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Lo que es: Una mezcla de ferrita y perlita.
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Propiedades: Proporciona una combinación equilibrada de resistencia y dureza.
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Aplicaciones: El tipo de matriz más común, adecuado para una amplia gama de piezas de ingeniería general.
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Matriz austenítica:
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Lo que es: Solución sólida de carbono en hierro que se forma a temperaturas más elevadas.
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Propiedades: Posee una excelente resistencia a la corrosión, resistencia al calor y gran tenacidad.
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Aplicaciones: Se utiliza en entornos especializados para aplicaciones como válvulas y cuerpos de bombas resistentes al calor.
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La combinación perfecta de grafito esferoidal y una matriz metálica adecuada es lo que confiere a la fundición dúctil tanto la excelente colabilidad del hierro como las propiedades mecánicas superiores del acero.
Ventajas de la fundición dúctil
La fundición dúctil es un material revolucionario que combina las mejores propiedades de la fundición tradicional y del acero.
- Fuerza y resistencia superiores: La estructura esférica del grafito confiere a la fundición dúctil una gran resistencia a la tracción y una excelente resistencia al impacto.
- Ductilidad excepcional: A diferencia de las fundiciones quebradizas, puede sufrir una deformación plástica similar a la del acero antes de romperse, lo que es crucial para la seguridad y la durabilidad.
- Excelente moldeabilidad: Tiene una gran fluidez y una baja contracción, lo que permite la fabricación precisa de piezas complejas e intrincadas.
- Durabilidad de larga duración: Al heredar la resistencia al desgaste y la corrosión del hierro fundido, garantiza que los productos puedan funcionar con fiabilidad en entornos difíciles durante mucho tiempo.
Rendimiento de la fundición dúctil
El rendimiento específico de la fundición dúctil viene definido por su gradoque refleja directamente sus principales propiedades mecánicas.
- Resistencia a la tracción: Este material ofrece una amplia gama de resistencia a la tracción, normalmente de 400 MPa a más de 900 MPa.
- Ejemplo: En QT500-7 tiene una resistencia a la tracción superior a 500 MPaque es varias veces superior al de la fundición gris común.
- Elongación: Esta métrica mide la ductilidad del material y puede variar de De 2% a más de 25%.
- Ejemplo: En QT400-18 tiene un impresionante alargamiento de 18%mientras que la alta resistencia QT800-2 tiene un alargamiento inferior de alrededor de 2%.
- Límite elástico: Indica la tensión que puede soportar un material antes de que se produzca una deformación permanente.
- Ejemplo: En QT500-7 tiene un límite elástico de aproximadamente 320 MPagarantizando su fiabilidad bajo carga.
Calidades de fundición dúctil
Los grados de fundición dúctil son la forma más directa de medir su rendimiento, ya que cada grado representa un nivel específico de propiedades mecánicas. En la tabla siguiente se comparan los grados más comunes.
Fuente: Norma internacional ISO 1083
¿De qué está hecha la fundición dúctil?
La fundición dúctil se produce mediante un proceso denominado tratamiento de esferoidización. Se trata de añadir una pequeña cantidad de agente esferoidizante (como magnesio o elementos de tierras raras) al hierro fundido. Esta reacción química obliga al carbono a cristalizar en forma de grafito esférico durante la solidificación, que es el paso crucial para conseguir sus propiedades únicas.
¿Qué usos tiene la fundición dúctil?
La fundición dúctil es un material versátil que se utiliza en diversas industrias, entre ellas:
- Industria del automóvil: Cigüeñales, bielas, bloques de cilindros y carcasas de diferenciales.
- Ingeniería mecánica: Válvulas, carcasas de bombas, engranajes y alojamientos de cojinetes.
- Maquinaria agrícola: Piezas de tractores y otros aperos de labranza.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre hierro dúctil y fundición?
La principal diferencia entre la fundición dúctil y la fundición convencional (fundición gris) es su microestructura. El grafito nodular de la fundición dúctil la hace resistente y dúctil, mientras que el grafito en escamas de la fundición gris la hace quebradiza y débil a la tracción. Para una comparación más detallada de estos dos materiales, lea nuestro artículo completo aquí.
Fundición dúctil frente al acero
Aunque algunos aceros son más resistentes, la fundición dúctil ofrece una combinación superior de resistencia, moldeabilidad y menor coste, lo que la convierte en una alternativa viable al acero fundido y las piezas forjadas en muchas aplicaciones.
¿Qué son los tubos de hierro dúctil?
Los tubos de hierro dúctil (DI Pipe o DICL Pipe) son una de las principales aplicaciones de este material debido a sus excepcionales propiedades. Debido a su alta resistencia a la tracción, resistencia a la corrosión y durabilidad, los tubos de hierro dúctil son ampliamente utilizados para tuberías de agua, gas natural y alcantarillado.
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Esperamos que este artículo le haya ayudado a comprender mejor la fundición dúctil.
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